使用多学科方法表征裂隙基岩中的热水循环：以爱尔兰圣戈尔曼井为例
抽象的
裂隙石灰岩环境中低焓温泉的来源、循环路径和时间变化的水文地质概念模型源自多学科方法。St. Gorman's Well 是爱尔兰中东部的一个温泉，具有复杂多变的温度分布（最高 21.8 °C）。来自三维 (3D) 音频大地电磁 (AMT) 调查的地球物理数据与延时水文地质数据和来自先前发表的水化学分析的信息相结合，以研究这个有趣的热液系统的运行。水化学分析和延时测量表明，热水一直在石炭纪都柏林盆地的裂隙石灰岩中流动，但显示出流量和温度的变化。地下的 3D 电阻率模型揭示了两个突出的结构：(1) 两个石灰岩岩性之间的 NW 对齐断层接触；(2) 一个溶解增强的、北向排列的、可能为新生代的断层。这两个结构的交汇处允许石灰岩基岩岩溶化，形成了管道，促进了都柏林盆地石灰岩层序内相对较深的热液循环（估计深度可能在 240 至 1,000 米之间）的运行。这项研究的结果支持一个假设，即每年冬天在圣戈尔曼井观察到的最高温度和同时增加的排放量是结构控制的热液循环系统内大气水的快速渗透、加热和再循环的结果。
作为 IRETHERM 项目的一部分，爱尔兰已经探索了利用深层地热地下水的地热能的潜力，该项目由爱尔兰科学基金会资助。使用多学科方法研究了许多低热函温泉，结合了地球物理调查、水文地质参数的延时测量和详细的水化学分析，目的是 (1) 确定地热地下水的源含水层，（2）表征循环系统，以及（3）评估未来地热开发的更深、更高温度、循环模式存在的可能性。该项目已经出版了两份出版物；布莱克等人。( 2016a) 介绍了一组爱尔兰温泉的水化学分析结果，Blake 等人。描述了在其中一个泉水（Kilbrook spring, Co. Kildare）进行的地球物理调查。本文介绍了圣戈尔曼泉水热变化最大的案例研究，该泉水位于爱尔兰中东部石炭纪都柏林盆地的石灰岩中。
爱尔兰岛的平均地下水温度通常在 9.5 到 10.5 °C 之间，温泉被认为是年平均温度明显高于平均地下水温度的天然地下水泉。圣戈尔曼井位于密斯郡恩菲尔德市中心附近，具有“圣井”的历史文化意义。有证据表明这个泉水最初是献给圣乌尔坦的，泉水现在的名字可能源自爱尔兰语goradh的英语化，这意味着热量。圣戈尔曼井作为一个短暂的池塘自然排放，在夏季通常是干涸的。在 20 世纪 80 年代后期，在靠近泉水的地方钻了几个钻孔；其中两个位于池塘以西 20 米处，在冬季排放自流暖水（SG4 和 SG7）。来自 SG4 和 SG7 钻孔的水显示了爱尔兰一些最高的浅层地下水温度（在本研究期间 SG4 中记录的最高温度为 21.8 °C）。钻孔 SG4 是本研究的主要监测点，因为即使在池塘干燥时也可以进行测量（SG4 在本文中以下称为圣戈尔曼井）。
圣戈尔曼井的温度和流量剖面复杂且全年变化。冬季气温最高，在本研究期间介于 10.5 和 21.8 °C 之间。最大流量出现在冬季（1,018 m 3 /天，1982 年 1 月测量，年平均流量为 398 m 3 /天。这种变化进一步增加了将泉水作为地热资源的特征描述的复杂性，因为可用于开发的热能数量全年都在变化。
一个三维 (3D) 电阻率模型，该模型来自 St. Gorman's Well 的音频大地电磁 (AMT) 勘测。AMT 方法是一种被动电磁地球物理技术，广泛用于勘探地热资源 和水文地质目标（由于它能够检测地表下的低电阻率含水岩石。根据基岩的电阻率，穿透深度可以达到地表以下数百米，甚至超过一公里。当用作多学科方法（结合地质、水文地质和其他地球物理数据）的一部分时，AMT 可以成为改善裂隙岩石地下水循环系统特征的有效方法。3D 地球物理模型与详细的延时水文地质测量（温度、电导率和水位）以及先前发表的春季季节性水化学数据分析一起讨论 来调查和开发这种不寻常的温泉运行的概念模型。
爱尔兰温泉沿着一条从东北到西南横穿爱尔兰中部的宽带出现在石炭纪石灰岩基岩中，与下古生代土卫八缝合带的推定趋势大致一致。ISZ 是在志留纪晚期、喀里多尼亚造山循环的后期阶段土卫八最终关闭时产生的。碰撞之后，陆地沉积物在泥盆纪期间沉积，之后由于最早的石炭纪时期的区域海侵而转向以碳酸盐沉积为主. 在 Tournaisian 和 Viséan 期间，由于构造运动和沉降，爱尔兰各地发展了几个克拉通内盆地，主要受 NE–SW 导向构造运动控制，其方向继承自潜在的喀里多尼亚特征。在爱尔兰，密西西比河的大部分地区继续大量生产碳酸盐，然后在 Serpukhovian 和 Bashkirian。
